7.3. Схемы шунтирования якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Наиболее благоприятные условия регулирования скорости двигателя с независимым возбуждением обеспечиваются из­менением подведенного к якорной цепи напряжения Uя. Для автоматического регулирования скорости предусматривается питание якорной цепи от индивидуального управляемого преобразователя (системы Г-Д и ТП-Д). Однако при невысоких требованиях к точности и плавности регулирова­ния в промышленных электроприводах используются резисторные схемы включения, получившие названиесхем шун-тирования якоря.

Потенциометрическая схема регулирования скорости дви­гателей с независимым возбуждением приведена на рис. 7.4, а. При двигателе небольшой мощности потенциометр может быть выполнен в виде реостата с подвижным контактом, путем перемещения которого подведенное к двигателю напря­жение можно изменять от 0 доUя =Uном. Электромехани­ческая и механическая характеристики двигателя в этой схеме могут быть получены по аналогии с системой УП-Д, если рассматривать потенциометр как источник регулируемого на­пряжения с внутренней ЭДС, равной напряжению холостого хода:

(7.13)

и внутренним сопротивлением

(7.14)

Рис.7.4. Регулирование скорости двигателя с независимым возбужде­нием в потенциометрической схеме

Подставив (7.13) и (7.14) в (5.6), получим уравнения ха­рактеристик в потенциометрической схеме в следующем виде:

(7.15)

(7.16)

Из (7.16) следует, что при перемещении движка потен­циометра скорость идеального холостого хода уменьшается пропорционально α_Ш, а модуль жесткости статической харак­теристики

(7.17)

является переменной, зависящей от α_Ш. При α_Ш=0 и α_Ш=1 жесткость β_Шравна жесткости естественной характеристики двигателя βпри питании его от бесконечно мощной сети. При промежуточных значениях α_Шмодуль жесткости β_Ш < β, причем его минимум может быть определен обычным путем. Продифференцировав знаменатель (7.17) по α_Ши приравняв производную нулю, нетрудно определить значение α_Ш= 0,5, при котором β_Шимеет минимум:

(7.18)

Полученный результат позволяет построить механические характеристики двигателя в потенциометрической схеме (рис. 7.4, б).

Рассматривая (7.18), можно установить, что минимальная жесткость механической характеристики в потенциометрической схеме по модулю тем больше, чем меньше сопротивление потенциометра Rп, т. е. чем больше его мощность.

Так как при регулировании поток двигателя остается по­стоянным (Ф=Фном), допустимая нагрузка двигателя без учета изменения условий охлаждения постоянна: Μ=Мном=const. При такой нагрузке двигателя мощность потенциометра пре­вышает номинальную мощность двигателя, так как опреде­ляется напряжением сети Uном и наибольшим током потен­циометра:I_П.MAX=Iном+I_Ш.МАХ>Iном. Наибольший ток шун­тирующей части потенциометраI_Ш.МАХбыстро увеличивается при уменьшенииRп, поэтому минимальная жесткость меха­нических характеристик в рассматриваемой схеме ограничи­вается приемлемой мощностью потенциометра. Тем самым ограничивается и возможный при данных пределах изменения нагрузки и требуемой точности диапазон регулирова­ния скорости.

Плавность регулирования при небольшой мощности дви­гателя, позволяющей использовать ползунковый реостат, по­лучается достаточно высокой. Однако с возрастанием мощ­ности двигателя эта возможность исключается и регулиро­вание осуществляется переключением ступеней регулировочных сопротивлений R_ШиRдоб с помощью силовой коммутиру­ющей аппаратуры.

При таком регулировании принимать суммарное сопро­тивление потенциометра R_П=Rш +Rдоб постоянным нецеле­сообразно, так как сопротивленияR_ШиRдоб могут регули­роваться независимо. Для этого случая (7.15) и (7.16) удобно представить в виде

(7.19)

(7.20)

Следует иметь в виду, как изменяются характеристики двигателя при изменении Rш при неизменномRдоб или на­оборот. Примем сначалаRдоб=constи будем изменять в (7.19)R_Ш(α_Ш).

При изменении сопротивления шунтирующего резистора от бесконечности до нуля скорость идеального холостого хода непрерывно уменьшается от ω_0номдо 0, а жесткость возрастает от β_Ш=c²/(R_Я+Rдоб) до βш = β.Все эти характе­ристики пересекаются в одной точке, в которой ток якоря дви­гателя имеет значение

(7.21)

при скорости в режиме противовключения

(7.22)

Это можно установить, определив напряжение на выводах якоря двигателя при Iя = I_K1и ω = ω_K1:

(7.23)

Подставляя (7.22) в (7.23), убеждаемся, что в этой точ­ке на выводах якоря напряжение равно нулю, так как ЭДС двигателя, работающего в генераторном режиме, равна па­дению напряжения на сопротивлении якоря. При любом со­противлении R_ШтокI_Шв этой точке равен нулю, поэтому она является общей для всего рассматриваемого семейства характеристик (рис. 7.5, а).

Аналогичная общая точка обнаруживается и в семействе характеристик, соответствующем R_Ш=constиR_ДОБ=var (рис. 7.5, б).

Все эти характеристики пересекаются в точке, где ток якоря определяется соотношением

а скорость имеет значение

В этой точке напряжение на выводах двигателя равно напряжению сети, поэтому ток из сети не потребляется и значение Rд не сказывается на условиях работы двига­теля. Графически точкаI_K1, ω_К1определяется пересечением реостатной характеристики приR_ЯΣ=R_Я +Rдоб(Rш =∞) и ес­тественной характеристики динамического торможения (Rш = 0) (прямые1 и 2на рис. 7.5,а).

Точка I_К2и ω_К2определяется пересечением естественной характеристики двигателя3 (R_ДОБ=0) и реостатной характе­ристики динамического торможения4 (R_ДОБ =∞), как показано на рис. 7.5,б.

Таким образом, механические характеристики в схеме шунтирования якоря двигателя с независимым возбуждением являются характеристиками двигателя, питаемого от источ­ника регулируемого напряжения с относительно большим и изменяющимся при регулировании напряжения внутренним сопротивлением.

Рис 7.5. Характеристики в схеме шунтнрования якоря двигателя с независимым возбуждением при Rдоб=const,R_Ш=var (а) и приR_Ш=const,Rдоб=var (б)